温室气体排放及由其引起的全球气候变暖正受到国际社会的广泛关注，节能减排已经成为共识。中国作为发展中的大国，其社会经济发展与生态环境保护矛盾日益突出。因此，迫切实现社会经济可持续发展变得尤为重要。文章综合考虑经济增长、城镇化与碳排放三者之间的关系，以中国、美国为研究对象作跨国比较研究，以帮助决策主体更加客观地了解中国经济增长、城镇化发展与碳排放状况与趋势，进而为下一步的政策制定和完善提供指导和依据。首先，选取中国、美国1985～2010年经济增长、城镇化与碳排放的时间序列数据，使用向量自回归模型的Granger因果关系检验法、脉冲函数分析以及方差分解分别对中国、美国的经济增长、城镇化与碳排放之间的关系进行了实证检验与分析。结果表明，中国、美国的经济增长、城镇化与碳排放之间存在直接或间接因果关系，但是，两国在因果关系的方向上存在差异。对于中国，经济增长与城镇化之间存在直接双向因果关系，经济增长与碳排放之间存在间接单向因果关系，城镇化与碳排放之间存在直接单向因果关系。其中，城镇化发展对碳排放影响显著，标准差冲击的碳排放响应为正，平均贡献度为26.81%；经济增长对碳排放间接影响显著，反向不成立。对于美国，经济增长与城镇化之间存在直接单向因果关系，经济增长与碳排放之间存在直接双向因果关系，碳排放与城镇化之间存在直接单向因果关系。其中，经济增长对碳排放有显著负向影响，标准差冲击的响应始终为负，平均贡献度为26.41%；城镇化发展对碳排放的影响不显著，标准差冲击的响应较为微弱，平均贡献度也较低。然后，具体分析了中美两国经济增长、城镇化与碳排放之间的影响关系。分析发现，中美两国经济增长、城镇化与碳排放之间均存在“黑箱”影响机制，表现为工业能源效应、生活消费效应、植被固碳效应以及“增长阻滞”效应，但是中国经济增长和城镇化对碳排放影响效应显著，而美国却相反。最后，进一步强调了社会经济可持续发展的重要性，并提出了发展低碳经济、改变经济增长方式，设立两型社会、发展新型城镇化，利用市场机制、引导节能降耗，发挥政府主导作用、加强节能减排法制建设，加大对外开放水平、积极参与国际低碳经济合作五点建议。